A6082铝合金白车身激光焊接工艺与性能研究

发布时间：2020-08-04 20:35

【摘要】：本文针对新能源汽车白车身2mm厚A6082铝合金薄壁结构件,采用了激光自熔、激光填丝、激光-电弧复合焊接工艺,研究了薄壁铝合金的成形性、组织及性能,为激光焊接生产铝合金车身结构提供可靠的技术支撑。采用控制变量法分析了激光自熔、激光填丝和激光-电弧复合焊的激光功率、焊接速度、离焦量、送丝速度、焊接方向、光丝间距、装配间隙对焊缝成形、组织及接头质量的影响,确定了三种激光焊接方法的最佳工艺参数。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对焊缝成形、显微组织、相组成及微区成分进行了分析与研究。利用显微维氏硬度仪测量了焊接接头硬度分布;利用万能拉伸试验机测量焊接接头拉伸力学性能。试验结果表明,激光自熔焊的最佳参数为激光功率2100W、焊接速度3m/min、离焦量+2mm、保护气体流量15L/min;激光填丝焊的最佳参数为激光功率4200W、焊接速度4.2m/min、送丝速度6m/min、离焦量+10mm、保护气体流量20L/min;激光-电弧复合焊的最佳参数为激光功率1900W、焊接速度0.6m/min、送丝速度1.5m/min、离焦量0mm、光丝间距0mm、装配间隙0mm、电流23A、保护气体流量20L/min。A6082铝合金激光填丝与激光电弧复合焊缝组织主要由α(Al)固溶体和少量β(Al_8Mg_5)相组成,激光-电弧复合焊缝中Al_8Mg_5相含量低于激光填丝焊缝;母材及激光自熔焊缝和热影响区由α(Al)固溶体+少量Mg_2Si相组成,激光自熔焊缝中Mg_2Si相含量低于母材。焊接热输入由小到大依次为激光自熔焊(1.05J/cm~2)、激光填丝焊(1.5J/cm~2)、激光-电弧复合焊(4.8J/cm~2),导致焊缝热影响区逐渐增大,同时焊缝金属的晶粒尺寸也逐渐增大;在最佳工艺参数下,激光自熔焊缝金属硬度为75.89-79.08HV、拉伸强度为224.5MPa、伸长率为18%;激光填丝焊缝金属硬度为79.23-84.95HV、拉伸强度为238MPa、伸长率为21.5%;激光-电弧复合焊缝金属硬度为63.4-69.88HV、拉伸强度为194MPa、伸长率为41%。上述三种激光焊接方法的焊缝金属硬度、拉伸强度、伸长率分别与母材的硬度(89.49-94.26HV)、拉伸强度(276.75MPa)、伸长率(50.25%)相比,激光自熔焊缝金属硬度为母材的84%、拉伸强度为母材的81%以上、伸长率为母材的36%,激光填丝焊缝金属硬度为母材的89%、拉伸强度为母材的86%以上、伸长率为母材的43%,激光-电弧复合焊缝金属硬度为母材的72%、拉伸强度为母材的70%以上、伸长率为母材的82%。拉伸试样断裂位置为焊缝区或热影响区,由断口形貌分析可知,激光自熔焊、激光填丝焊及激光-电弧复合焊的断口形貌均为塑性断口。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U466;TG456.7
【图文】：

激光束具有的高亮度、单色性、相干性和高度的方向性是常规光源所不具备的特点。图1.1 激光原理示意图Fig.1.1Schematic diagramoflaserprinciple1.3.2 激光焊接原理激光焊接原理即激光器产生高能量密度的激光束，经过光学系统的传输与聚焦后作用于焊接工件表面，当激光束的能量密度超过 105W/cm2时，可以使待焊材料迅速熔化，并且迅速冷却凝固形成永久的焊接接头[29]。如图 1.2 所示为激光深熔焊接原理图。图1.2 激光深熔焊接示意图Fig.1.2Schematicoflaserdeep-meltwelding激光束焊缝宽度熔池深度小孔焊接熔池激光激活物质激光束激励谐振腔反射镜谐振腔反射镜

[29]。如图 1.2 所示为激光深熔焊接原理图。图1.2 激光深熔焊接示意图Fig.1.2Schematicoflaserdeep-meltwelding激光束焊缝宽度熔池深度小孔焊接熔池激光激活物质激光束激励谐振腔反射镜谐振腔反射镜

[35]。图1.3 热导焊接和深熔焊接示意图Fig.1.3Schematicofheatconductivityweldinganddeep-meltwelding激光焊接过程的实质即为激光与非透明材料的相互作用。此过程是一个极其复杂的物理、化学过程，在微观上表现为原子与光子的相互作用，是量子过程；材料对激光的吸收、反射及材料的加热、熔化、气化等物理现象则体现在宏观层面上[36-37]。激光焊接时，当功率密度足够大的激光束作用在工件表面时，短时间内便可达到材料的沸点，焊接材料迅速汽化蒸发，形成焊接“小孔”。小孔是激光深熔焊接的主要特征，它有助于熔池对激光束能量的吸收，“侧壁聚焦效应”对焊接过程的重要意义则体现在典型小孔对能量的吸收机理。当小孔在深熔焊中形成后，孔内侧壁与小孔内部的激光束发生相互作用时，一部分激光被小孔侧壁所吸收，另一部分激光被小孔侧避反射至小孔底部，不断地反射使得激光束重新汇聚于小孔底部，从而

【参考文献】

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本文编号：2781051